Laboratoire d'accueil : Laboratoire de radioécologie et d'écotoxicologie (LRE)

Date de début de thèse : 04/10/2010

Nom du doctorant : Nicolas Theodorakopoulos

Contexte

Suite à l'explosion accidentelle du réacteur n°4 de la centrale nucléaire de Tchernobyl le 26 avril 1986, et de l'incendie qui a suivi, d'énormes rejets de produits radioactifs se sont produits et répandus dans l'environnement par l'intermédiaire d'un nuage radioactif.
A environ 2,5 km de la centrale accidentée, dans la zone d'exclusion, des tranchées ont été creusées dès 1987 à des fins de stockage temporaire (entreposage). Depuis 1999, l'IRSN, en collaboration avec deux instituts ukrainiens, entretient un site expérimental autour de la tranchée T-22. Celle-ci contient les déchets de décontamination de la forêt Rousse, mélange de la couche superficielle du sol forestier originel, de particules de combustible à l'origine des migrations de radionucléides dans l'environnement et de matière organique contaminée en cours de décomposition. Depuis 20 ans, les matériaux de cette tranchée sont soumis à l'infiltration des eaux de pluie. L'IRSN dispose aujourd'hui d'informations permettant de décrire cette tranchée en termes de composition, de propriétés physico-chimiques et hydrauliques. Ces données alimentent des recherches sur le comportement des radionucléides dans l'environnement et notamment sur le transport du strontium 90, du césium 137, de l'uranium et du plutonium dans la zone non saturée et l'aquifère sous-jacent. Les principaux facteurs identifiés qui influencent le transport de ces radionucléides sont les suivants: la vitesse de dissolution des particules de combustible nucléaire dans la tranchée, la diffusion et la dispersion des radionucléides dans les zones non saturées et saturées, la stratification de la nappe phréatique, l'environnement géochimique et l'interaction des radionucléides avec les composantes du sol.
Parmi ces composantes du sol, les microorganismes sont fortement pressentis pour avoir un impact sur les différents facteurs influençant le transfert des radionucléides.
Les laboratoires impliqués dans cette thèse sont associés et soutenus par le GNR TRASSE (Actions 2008-1C (2008,2010) et 2009-1A (2009-2011)) sur des recherches concernant cet aspect microbiologique pour lequel on ne dispose que de très peu de données à Tchernobyl. Trois missions sur le terrain se sont déroulées en 2008 et 2009 et ont permis de commencer un inventaire et une caractérisation des bactéries présentes dans la tranchée, ayant résisté à des taux de radioactivités forts (jusqu'à 450 Bq/g de sol).

Sujet de thèse

L'objectif de ce travail est d'estimer l'impact des radionucléides et des rayonnements (α,β,γ) sur les populations bactériennes des sols de la tranchée, pour pouvoir ensuite définir le rôle possible de ces microorganismes sur la migration des radionucléides dans le sol et l'eau et sur leur stabilisation biologique éventuelle dans les sols, freinant ainsi les transferts vers la nappe phréatique.
La première partie du travail consistera à évaluer l'impact des radionucléides sur la diversité structurelle des populations bactériennes de la tranchée. Ceci se fera par comparaison des profils de DGGE d'ADNr 165 amplifié à partir du métagénome d'échantillons prélevés en différents points de la tranchée (pour lesquels les concentrations en radioéléments sont connues).
la seconde partie consistera en l'étude plus spécifique de bactéries cultivables issues de la banque d'isolats (aérobie et anaérobie) constituée par tes équipes du LIPM à Cadarache et du CNAB à Gradignan. Seront étudiées en particulier la résistance des bactéries à la radioactivité et leur capacité d'interactions avec des radionucléides, Les critères d'effet recherchés concerneront la survie et la croissance des cultures de bactéries soumises à des expositions internes (α ou β) ou externes γ. Concernant les expositions externes, la résistance à la radioactivité des bactéries sera évaluée à la fois pour des expositions aigues à fortes doses, mais également des expositions chroniques à plus faibles doses. En effet, au niveau des différents points de prélèvement de la tranchée, la dose au niveau du sol peut atteindre 40 μGy/h.
Dans le sol où sont exposées les bactéries, celle-ci peut augmenter considérablement selon la proximité ou non avec des particules chaudes et le type d'émetteurs (α,β ou γ). les expositions externes aigues y seront menées en utilisant l'irradiateur à source de 6OCo Cigal (CEA-Cadarache) permettant de délivrer des doses de plusieurs kGy. Les expositions externes chroniques y seront menées en utilisant l'irradiateur à source de 137Cs Micado-Lab du LRE, qui permet de délivrer des doses de 1 mGy/jour à 3 Gy/jour.
Concernant les expositions internes, les bactéries seront mises en cultures sur des milieux contenant des émetteurs α ou β choisis parmi ceux présents dans la tranchée T22. Outre la résistance des bactéries à ces expositions, les capacités d'interactions entre bactéries et radionucléides seront également étudiées.
Dans une première phase, les souches capables de séquestrer ou concentrer des radionucléides tels qu'U, Sr et Cs seront sélectionnées notamment en utilisant les traceurs radioactifs 90Sr et 137Cs (LIPM-LRE). Pour cela, les bactéries seront testées par groupes, chacun étant constitué d'une dizaine de souches regroupées par genre. Ces tests impliqueront la mise en culture liquide de l'ensemble des isolats de la banque, puis leur mélange à des concentrations comparables en cellules. Les solutions bactériennes seront mises au contact des radionucléides à différentes concentrations pendant un temps donné. La concentration en radionucléides dans le milieu et dans les culots bactériens sera mesurée après centrifugation.
Dans une deuxième phase, des études d'interaction uniquement pour les mélanges d'espèces sélectionnés lors de la phase précédente seront également menées avec le 99Tc (CNAB), l'241Am et dans la mesure du possible le 239Pu (LRE), ces isotopes étant présents dans les sols de la tranchée.
Enfin la troisième phase consistera à tester individuellement les capacités de séquestration des radionucléides des différentes souches composants les mélanges d'espèces sélectionnés précédemment.
La troisième partie de la thèse consistera en une caractérisation biochimique d'une ou 2 souches particulièrement intéressantes sélectionnées pour leur capacité à concentrer ou chélater les radionucléides, afin d'identifier et caractériser les processus de séquestration des radionucléides Sr, Cs et U ainsi mis en évidence (LIPM).
la dernière partie du travail consistera à évaluer les capacités de séquestration d'un radionucléide par une des souches sélectionnées précédemment non plus en culture pure, mais dans un sol modèle de caractéristiques physico-chimiques proches de celui de la tranchée de Tchernobyl.
Des expériences en sol stérilisé seront menées en parallèle afin de discriminer le rôle de la bactérie de celui des composantes abiotiques du sol sur la séquestration du radionucléide étudié.